《利用单分子长读取测序揭示玉米转录组的复杂性》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: 丁倩
  • 发布时间:2016-07-04
  • 玉米是阐明转录网络的重要遗传模型。mRNA转录的完整结构的不确定性限制了对该系统的研究进展。本研究利用单分子测序技术,在6个组织中产生111151个转录,这些组织能获取约70%的玉米RefGen_v3基因组注释基因。很大比例的转录(57%)代表新型的,有时组织特异性,已知基因的亚型和3%对应于新基因位点。在其他情况下,确定的转录会改进现有的基因模型。平均在六个组织中,90%的剪接点由匹配组织的短读取维持。此外,我们确定了大量新型的长非编码RNA和融合转录,并发现DNA甲基化对产生不同亚型起重要作用。研究结果表明,玉米B73转录组的特性描述研究还远远没有完成,玉米的基因表达远比以前认为的更复杂。

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  • 《“长读长测序技术”发现玉米转录组多样性》

    • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者:李楠
    • 发布时间:2017-11-27
    • 玉米是世界三大粮食作物之一,与水稻、小麦共同占有世界粮食消费量的三分之二。玉米的多样性对农业来说十分重要,它的基因表达方式使其拥有独特属性,即便同属一个品种的玉米也是如此。这主要是由植株的内在特性和环境条件差异所致,如土壤湿度、获取养分和光照强度等。 《自然通讯》(Nature Communications)2016年6月24日刊载了美国农业部和纽约冷泉港实验室(CSHL)Doreen Ware团队的最新研究成果:利用分子长读长测序技术揭示玉米转录组的多样性。该成果受美国国家科学基金会(NSF)项目“改进植物基因注释项目”(1127112)、NSF项目“发现谷物基因”(1032105)、美国农业部农业研究所(ARS)项目“科研信息系统”(CRIS)(1907-21000-030-00D)、NSF项目“稀有等位基因研究”(1238014)等多个项目资助。 2009年,Doreen Ware团队首次完成了玉米品种B73约3万个基因序列的拼接。研究发现RNA以不同形式剪接,而在玉米3万余个基因中,许多基因可以转录这类RNA信息,从而生成不同结构和功能的蛋白质。这说明玉米的选择性RNA剪接非常普遍,每个玉米个体都具备选择性发展的可能性。这一发现也为后续的研究奠定了基础。 利用分子长读长测序技术揭示玉米转录组多样性的研究中,Doreen Ware研究团队对玉米自交系B73的6个组织(根、花粉、胚、胚乳、幼穗和幼雄穗)进行了转录组测序,测序结果发现了“令人称奇的多样性”。团队首席Doreen Ware博士称:“新的研究方法揭示了玉米的多样性,这种多样性甚至超出了我们的想象”。该研究的关键是采用了更为精准的、与PacBio测序公司合作研究的长读长测序技术,测序结果并没有发现很多之前未知的基因,而是激活了基因表达时所产生的更多转录本。研究共读取和分析了6个玉米组织中的111,151条转录本,其中,约57%的信息之前从未被发现过,也未被测定过。 从实践上讲,此研究的创新性在于它意味着未知新功能揭示的开始。科研人员通过观察未知,了解其实质及功能,开始逐渐意识到玉米育种的新途径,例如,越来越多的地区年平均气温持续攀升,由此我们可以考虑培育适应气候变化的新品种。 (编译 李楠)
  • 《基因多样性研究帮助玉米适应气候变化》

    • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者:徐倩
    • 发布时间:2017-11-28
    • 几千年来,全世界农民一直在用自己的智慧使玉米地方品种与当地环境相适应。现在,科学家通过一项史无前例的等位基因多样性研究,揭开了地方品种作物进化的秘密,并进一步揭示了影响玉米花期的遗传学基础以及玉米对气候变化的适应方式。这一发现为我们提供了一种探索和利用地方品种多样性的新途径,进而培育出能够适应气候变化的新品种,来应对不断出现的影响作物生产的各种挑战。此项研究成果刊登在《自然遗传学》(Nature Genetics)杂志中 。 发现孕育计划(Seeds of Discovery,SeeD)是传统农业可持续现代化(MasAgro)项目的组成部分。该计划中,研究人员利用近年来基因组学的研究成果,对美洲大陆4,000余种种质资源进行了分析及DNA描述,并对与玉米适应性相关的基因进行研究。 值得关注的是,该研究从玉米基因组的4万个基因中识别出了100个基因,这些基因影响着玉米对纬度、海拔和生长季节的适应性,也影响着玉米作物的开花时间。 开花时间是指植物从种植到开花之间的这段时间,它能帮助植物适应不同的环境,是植物整合环境信息,平衡不同生长发育阶段开始时间点的基础机制,比如何时长叶子、何时结种子。种子决定着植物的下一代,这使得植物开花时间成为植物生命循环中尤其重要的属性。下个世纪,气候变化将会使天气状况日益不稳定,这也意味着玉米等作物将需要以前所未有的速度去适应环境变化,才能保持全球产量的稳定。 SeeD计划的玉米项目负责人、分子遗传学家萨拉·海纳(Sarah Hearne)表示,这项研究提供了一个“蓝图”,有助于我们迅速对玉米等极易变化的作物做出遗传资源评估,并从多样化的地方品种玉米基因组中识别出有用信息,进而加速并拓展抗逆品种的培育,使育种工程在历经千年的自然选择和人工选择后,实现进一步发展。 从品种多样性方面来看,这是有史以来针对玉米花期所做的最广泛的研究。此项研究利用地方品种来完成,其中对作物进行评估是一项极其困难和复杂的工作。 这项突破性研究由墨西哥农业、畜牧业、农业发展、渔业和食品部(SAGARPA)通过MasAgro项目支持开展,美国农业部农业研究所、康奈尔大学和美国国家科学基金会也协助完成了大量数据分析工作。 (编译 徐倩)